Uzroci hladnih pukotina u zavarivanju

Hladno pucanje je češća vrsta pucanja u proizvodnji zavarivanja, koje se događa kada se zavar ohladi na nižu temperaturu, za niskolegirane čelike visoke čvrstoće, oko temperature martenzitne transformacije. Tri elementa stvaranja hladne pukotine su sklonost čelika kaljenju, sadržaj vodika u zavaru i njegova raspodjela te stanje naprezanja zavarenog spoja.

---

I. Sklonost kaljenju

Sklonost kaljenju čelika uglavnom ovisi o njegovom kemijskom sastavu i uvjetima hlađenja. Što je veća sklonost čelika kaljenju, veća je vjerojatnost stvaranja hladnih pukotina tijekom zavarivanja. Budući da veća tendencija otvrdnjavanja znači da će zavar proizvesti više organizacije martenzita kada se zagrije, a kapacitet deformacije martenzita je nizak i sklon krhkom lomu. Sklonost kaljenju zavarenih spojeva, osim kemijskog sastava, uvjeta hlađenja, ali i procesa zavarivanja, strukture debljine ploče.

Među njima, utjecaj kemijskog sastava na sklonost kaljenju čelika može se grubo procijeniti pomoću metode ekvivalenta ugljika [2], kako slijedi.

CE (IIW) = C + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Cu + Ni) / 15

Na primjer, za čelične ploče debljine manje od 20 mm, tendencija otvrdnjavanja nije značajna kada je CE < 0,4%.

Metal s velikom tendencijom otvrdnjavanja formirat će veliki broj defekata rešetke u uvjetima toplinske neravnoteže, a pod uvjetima naprezanja i toplinske neravnoteže, formirat će izvore pukotina i čak se proširiti u obliku makropukotina.

Ako je vodik prisutan u zavarivanju i zoni utjecaja topline, to će smanjiti njegovu žilavost i proizvesti vodikovu krtost. Martenzitno otvrdnuto tkivo s visokim udjelom ugljika vrlo je osjetljivo na vodikovu krtost i osjetljivost na hladno pucanje. Maksimalna tvrdoća zone pod utjecajem topline obično se koristi u zavarivanju za procjenu sklonosti kaljenju određenih čelika visoke čvrstoće.

---

Drugo, vodik

Vodik je jedan od važnih čimbenika koji uzrokuje stvaranje hladnih pukotina kod zavarivanja čelika visoke čvrstoće, zbog čega ima odgođeni karakter, obično vodikom izazvano odgođeno pucanje koje se naziva 'vodikovim pucanjem' ili 'vodikom izazvanim pucanjem'. Razlog 'kašnjenja' je taj što je potrebno određeno vrijeme da vodik difundira u čelik, skupi se na mikroskopskim defektima, stvori naprezanja i pukne.

Što je veći sadržaj vodika u zavarenom spoju čelika visoke čvrstoće, veća je osjetljivost na pojavu pukotina, a kada je sadržaj vodika veći od određene kritične vrijednosti, pukotine će se početi pojavljivati, veličina kritične vrijednosti varira od slučaja do slučaja.

Kada je koncentracija vodika u zavarenoj zoni toplinskog utjecaja dovoljno visoka, dolazi do daljnje krtosti martenzitnog tkiva (ako ga ima), a time i do stvaranja pukotina.

---

Treće, stanje stresa

Hladno pucanje kod zavarivanja čelika visoke čvrstoće ne ovisi samo o sklonosti kaljenju čelika, štetnim učincima vodika, već također ovisi o stanju naprezanja zavarenog spoja, a ponekad stanje naprezanja čak igra odlučujuću ulogu. Toplinsko naprezanje (neravnomjerno zagrijavanje i hlađenje), naprezanje promjene faze (promjena volumena organizacije tijekom promjene faze) i oblik strukture, redoslijed zavarivanja itd. zavarenog spoja mogu činiti silu ograničenja.

Gore spomenuta tri elementa formiranja hladnog pucanja, svaki ima svoj vlastiti intrinzični zakon, ali također utječu jedni na druge. Općenito, zona utjecaja topline i sklonost kaljenju metala zavara su intrinzični čimbenici za pucanje, dok vodik može igrati svoju štetnu ulogu u induciranju pucanja samo kada postoji formiranje otvrdnutog tkiva u čeliku.